СТРОИТЕЛЬНЫЙ ПРОСТРАНСТВЕННЫЙ БЛОК  ПОКРЫТИЯ 

Цель нашего участия в интернет-выставке: найти инвесторов и партнеров по кооперации:

•  для организации финансирования завершающей стадии исследования  инновационного проекта "Пространственный блок покрытия";

• для последующего его введения  в  официальный каталог;

• для возможности его широкого применения в типовых строительных проектах;

• для получения доходов и/или дивидендов на условиях долевого участия.   

 Металлическая конструкция в виде ячейки специальной формы. Сборка из этих ячеек может заменять железобетонные плиты. Изобретение относится к области строительства и может быть использовано в качестве несущих конструкций и покрытия одноэтажных производственных зданий, сооружений и других объемных строений, к примеру, ангаров, или рыночных площадок. Может применяться практически для любых объектов, где необходимо перекрытие больших площадей. Проверка и расчеты произведены с помощью специальных компьютерных  программ:

Структурная металлическая конструкция покрытия с новой формой пространственной ячейки

Предложено рациональное техническое решение структурной металлической конструкции покрытия, составляющим компонентом которого является новая форма пространственная ячейки. На конкретном примере исследовано поведение предложенного варианта конструкции покрытия и получены практические данные о параметрах и закономерностях напряженно-деформированного состояния этой системы. Выполнен анализ представленных результатов, на основании которого сделано предположение о возможности применения такой конструкции в реальной практике строительства.

Благодаря известным положительным качествам, к которым относится прочность, легкость, экономичность и архитектурная выразительность, структурные металлические конструкции покрытия применяются практически для любых объектов, где необходимо перекрытие больших площадей. Это и производственные и гражданские и сельскохозяйственные здания больших размеров в плане, для которых пространственные конструкции покрытия являются оптимальным вариантом по сравнению с плоскими конструктивными решениями. При этом выбор той или иной формы пространственной конструкции покрытия должен быть строго обоснован на основании данных проведенных исследований с обязательным указанием основных факторов, влияющих на получение оптимального варианта. Иными словами в каждом конкретном случае необходим тщательный анализ всех возможных конструктивных форм, рекомендуемых для широкого применения на практике. В связи с этим возникает серьезный вопрос о выборе правильной формы конструкции покрытия из большого многообразия имеющихся вариантов.

Предложена структурная металлическая конструкция покрытия, составляющим компонентом которой является качественно новая форма пространственной ячейки [1] (рис. 1). При разработке такого варианта технического решения ставилась цель снизить материалоемкость, а следовательно и стоимость объектов по сравнению с имеющимися типовыми проектами.

Новая форма пространственной ячейки может быть с успехом применена в конструкциях прямолинейного и криволинейного очертания в плане в виде больших плоских структурных или выпуклых (вогнутых) поверхностей, применяемых для спортивных сооружений в качестве покрытий над трибунами стадионов, а также для перекрытия выставочных залов, павильонов, торговых центров, ангаров, крытых стоянок автотранспорта.

Особенно следует отметить возможность применения новой формы пространственной ячейки для ограждающих конструкций в качестве стен зданий и сооружений, как отдельным компонентом, который покрывается облицовочными материалами, так и заполнителем поверхности стенового ограждения.

Краткая характеристика предлагаемого компонента конструкции покрытия.

Итак, форма пространственной ячейки структурной металлической конструкции покрытия представляет собой правильную призму, в вертикальных гранях которой находятся диагонали, последовательно сходящиеся в двух верхних и двух нижних узлах. Элементом подкрепления призмы является внутренняя диагональ, соединяющая верхний и нижний пояса. Последовательное соединение ячеек в необходимых направлениях формирует пространственную конструкцию покрытия для всевозможных малых, средних или крупных архитектурных форм.

Расчет такой конструкции покрытия производится с использованием известных прикладных программных продуктов [2–7] на основании предварительно подготовленных данных об элементах, узлах, нагрузках и условиях опирания.

Для иллюстрации работы структурной металлической конструкции покрытия произведен расчет конкретного варианта, применяемого на практике для объекта АЗС (рис. 2).

Данная конструкция покрытия, установленная на шести опорах, позволяет перекрывать площадь размером 27,1 8,9 м. Система состоит из 96-ти пространственных ячеек, 40 из которых непосредственно примыкают к осям симметрии в продольном (28) и поперечном (12) направлениях, а другие 56 ячеек, сосредоточенные в четвертях покрытия заполняют остаток площади конструкции. Ячейки, расположенные на краях поперечного направления и у осей симметрии в связи с привязкой к опорам, существенно уменьшены. Опоры, поставлены в шахматном порядке на некотором расстоянии от контура и ориентированы вдоль длинной стороны покрытия. Для образования желоба внутреннего водостока в поперечном направлении несколько измена форма ячеек. Изменение выполнено путем поворота верхнего пояса в поперечном направлении на угол 20 ^о к горизонту. Благодаря этому создан уклон 5 %. Максимальная толщина покрытия на контуре принята 0,8 м, а минимальная – в вертикальных элементах ячеек, примыкающих непосредственно к продольной оси симметрии 0,56 м. В этом месте уклон верхнего пояса к горизонту составил 22 %.

Поведение конструкции покрытия исследовалось для шарнирно-стержневой расчетной модели. Система нагружалась полной по всей поверхности узловой нагрузкой, процесс определения которой для 28-ти грузовых площадей производился из расчета 3 кН/м². Первоначальный расчет предполагал всем элементам назначить трубчатый профиль одинакового сечения размером 70x4мм. Крепление конструкции к опорам обеспечивало шарнирно-неподвижную связь.

Определение основных параметров и закономерностей напряженно-деформированного состояния производилось на основании полученных мозаик усилий и перемещений путем расчета предложенного варианта конструкции покрытия по программе Лира-Windows 9.2 [2].

Цветовая гамма мозаики усилий позволила получить полную информацию о загруженности каждого элемента в системе покрытия. Как и предполагалось, из оценки конструктивной схемы, равномерное распределение усилий зафиксировано на контуре. Наиболее нагруженными оказались элементы, расположенные в средней части конструкции и по мере приближения к краям и угловым точкам контура, усилия в элементах уменьшались. Максимально сжатыми элементами оказались стойки (N max = -15,8 т ), опирающиеся на центральные опоры, а максимально растянутыми – раскосы ( N max = +11,5 т ), сходящиеся с опорными стойками в верхних узлах на значительном расстоянии от центральных опор, причем не вблизи крайних опорных конструкций. Такая картина распределения усилия объясняется консольной формой конструктивного решения и шахматным расположением шести опор.

Изменение формы конструкции покрытия оценивалось также по мозаике, но уже перемещений. Как и ожидалось, на основании анализа расположения опор, значительные вертикальные перемещения узлов зафиксированы в контурных точках на длинных сторонах покрытия. Причем максимальные значения прогибов найдены в двух угловых узлах, расположенных по разные стороны от продольного и поперечного направлений и составили Дz max - =17,9 мм. Остальные два угловых узла получили выгиб, обратный прогибу со значением Дz max + =1,91 мм Следует, однако, отметить, что большой разброс в величинах вертикальных перемещений узлов имеет место в крайних ячейках, что объясняется некоторой отдаленностью узлов от опорных стоек. Ближе к середине конструкции покрытия наблюдается снижение подобного рода отклонений.

Итак, из вышеизложенного наглядно видно, что картина полученных данных о параметрах и закономерностях напряженно-деформированного состояния отражает реальное поведение конструкции под нагрузкой. Зафиксированные максимальные значения усилий и перемещений являются вполне допустимыми и отвечают принятому конструктивному решению. Предложенная форма пространственной ячейки может быть с успехом применена на практике в качестве нового перспективного компонента структурной металлической конструкции покрытия.
        Также приведенную конструкцию возможно использовать для сооружения платформ. Что позволяет при аналогичной прочности конструкции значительно снизить ее вес и количество нужного материала для для создания объекта: